BE1012313A6

BE1012313A6 - Werkwijze en inrichting voor het verwerken van gier.

Info

Publication number: BE1012313A6
Application number: BE9800857A
Authority: BE
Original assignee: Seghers Better Technology Grou
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-09-05

Abstract

De uitvinding betreft een werkwijze voor een selectieve niet katalytische reductie van stikstofoxiden in rookgassen in aanwezigheid van ammoniak, waarbij ammoniak toegevoerd wordt als een waterige vloeistof waarin ammoniak bevattende gier aanwezig is. De gier wordt bij voorkeur toegevoerd als een suspensie van ammoniak houdende varkensgier.

Description

Werkwijze en inrichting voor het verwerken van gier
Deze uitvinding betreft een werkwijze voor een selectieve niet katalytische reductie van stikstofoxiden in rookgassen in aanwezigheid van ammoniak.

Huishoudelijk afval wordt meestal verwerkt door verbranden in ovens bij een temperatuur van ten minste 850 C. Bij deze temperaturen worden ten gevolge van de verbranding van het afval rookgassen gevormd die ongewenste stikstofoxiden NOx bevatten, vooral stikstofmonoxide NO. Afhankelijk van de samenstelling van het afval en de procesomstandigheden, kan de hoeveelheid gevormd NO oplopen tot 350 ä 400 mg/Nm3 (omgerekend naar N02, bij"% 021 0% water, een temperatuur van 0 C en atmosferische druk). Aangezien de Europese richtlijn met betrekking tot de toegestane emissienormen voorschrijft dat de hoeveelheid NOX in de rookgassen lager moet zijn dan 200 mg/Nm3, is een bijkomende reiniging nodig voor het verwijderen van de overmaat NOx.

Dit kan onder meer gerealiseerd worden door middel van een selectieve katalytische reductie. De katalytische reductie is echter vrij duur, onder meer omdat ze in een speciaal daartoe voorziene reactor moet worden uitgevoerd, omdat de rookgassen tot de vereiste temperatuur opgewarmd moeten worden en omdat de katalysatorkosten vrij hoog kunnen oplopen.

Een andere mogelijkheid voor het verwijderen van NOX uit de rookgassen omvat een selectieve niet katalytische reductie

van NOX in aanwezigheid van ureum of ammoniak, of andere stikstofwaterstof verbindingen. De selectieve niet katalytische reductie van de van de verbranding afkomstige rookgassen wordt bij voorkeur uitgevoerd in het bovenste deel van de afvalverbrandingsoven ter hoogte van de verbrandingskamer. Een niet katalytische reductie in aanwezigheid van ammoniak wordt bij voorkeur doorgevoerd bij een temperatuur tussen 950 en 1050oC. In dit temperatuurbereik blijkt namelijk zowel de omzetting als de selectiviteit van de reductie naar N2 en H20 het grootst te zijn. Bij temperaturen lager dan 950 C wordt de doorslip van ammoniak ongewenst hoog.

De Europese richtlijn laat namelijk maximaal 10 mg/Nm3 doorgeslipt ammoniak in de rookgassen toe. Bij temperaturen boven 10500C wordt de kans dat ammoniak geoxideerd wordt groot. Beide voomoemde factoren dragen bij tot een verlaging van de hoeveelheid ammoniak die voor de selectieve reductie beschikbaar is. Door ammoniak in de gasverbrandingskamer te injecteren, in een hoeveelheid van ongeveer 1 mol ammoniak per mol NO, kan de hoeveelheid NO in de rookgassen gereduceerd worden tot een niveau lager dan 200 mg/Nm3 gas.

De kosten van deze werkwijze zijn echter ongewenst hoog doordat de ammoniak bij de selectieve niet katalytische reductie van NO verbruikt wordt.

Er bestaat bijgevolg een behoefte aan een goedkopere werkwijze voor het reduceren van Nos in rookgassen, waarmee tegelijkertijd de NO. inhoud van de rookgassen verminderd kan worden tot een niveau benenden 200 mg/Nm3.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt doordat ammoniak toegevoerd wordt als een waterige vloeistof waarin ammoniak bevattende gier aanwezig is. De waterige vioeistof is bij voorkeur een waterige suspensie en/of oplossing van ammoniak bevattende gier.

Er werd namelijk gevonden dat gier een hoeveelheid beschikbare ammoniak bevat, die in staat is de boven

beschreven selectieve niet katalytische reductie van NO, in het bijzonder NO, te bewerkstelligen. Doordat de in de gier aanwezige ammoniak in staat is NOX te reduceren, kan de hoeveelheid ammoniak die als dusdanig aan de verbrandingskamer moet worden toegevoerd, overeenkomstig verminderd worden of de ammoniak zelfs geheel vervangen. Dit laat toe een verlaging van de kosten geassocieerd met het verbruik van ammoniak, en een algehele kostenverlaging van de rookgasreiniging te realiseren.

Verrassenderwijs werd bovendien gevonden dat bij gebruik van gier als ammoniakbron, het temperatuurbereik waarbinnen de selectieve reductie van NOX moet worden uitgevoerd ten einde bovengenoemde maximale NOx-inhoud van 200 mg/Nm3 in de gezuiverde rookgassen te bereiken, minder kritisch is dan bij gebruik van ammoniak als dusdanig. Er werd namelijk gevonden dat gier naast ammoniak ook beschikbare ureum, amines en isocyaanzuur bevat, die kunnen tussenkomen in de niet katalytische reductie. De in de gier aanwezige ureum blijkt effectief tussen te komen bij temperaturen die ongeveer 50 tot 1000e lager liggen dan de voor ammoniak vereiste temperaturen. Ook amines en isocyaanzuur blijken effectief bij enigszins verschillende temperaturen tussen te komen.

Door de aanwezigheid van een mengsel van genoemde verbindingen kan de selectieve niet katalytische reductie van NOX bijgevolg in een breder temperatuurbereik uitgevoerd worden, zonder dat daarbij de omzettingsgraad en selectiviteit nadelig be1nvloed worden.

Echter, de temperatuur waarbij ongewenste doorslip en oxidatie van het reductiemiddel optreden, varieert met de aard van het reductiemiddel. Daarbij komt dat het temperatuurbereik waarbinnen de selectieve niet katalytische reductie in aanwezigheid van een vooraf bepaald reductiemiddel moet worden uitgevoerd i. v. m. het voorkomen van de ongewenste doorslip en oxidatie, vrij kritisch is. De vakman zal er

bijgevolg voor kiezen de selectieve reductie in aanwezigheid van een zo zuiver mogelijk reductiemiddel uit te voeren.

Met deze uitvinding werd nu gevonden dat dit niet nodig is en dat ondanks het feit dat de selectieve niet katalytische reductie uitgevoerd wordt in aanwezigheid van een mengsel van reductiemiddelen, die ieder hun kritisch temperatuurbereik hebben, het mogelijk is te voorkomen dat de ongewenste doorslip noch de oxidatie van reductiemiddel noemenswaardig verhoogd worden. Dit is verrassend.

De werkwijze van deze uitvinding biedt het voordeel dat ze in reeds bestaande rookgas-reinigingsinstallaties uitgevoerd kan worden, zodat de kosten van de rookgasreiniging niet ongewenst verhoogd worden.

Er werd tevens gevonden dat de in het gier aanwezige ammoniak in staat is een verlaging van de hoeveelheid dioxinen, m. n. meervoudig gechloreerde dibenzodioxinen en furanen in de rookgassen en het van de verbranding afkomstige vliegas en spuiwater te bewerkstelligen. De ammoniak blijkt namelijk in staat te zijn de door viiegas gekatalyseerde vorming van dioxines en furanen te inhiberen.

In de werkwijze van deze uitvinding kan gier afkomstig van een grote variëteit van dieren, gebruikt worden. Het is bijvoorbeeld mogelijk om een waterige suspensie of oplossing van mest van gevogelte als ammoniakbron te gebruiken. Aangezien gevogeltemest meestal in gedroogde vorm voorkomt wordt bij voorkeur een waterige suspensie/oplossing van de mest aan de rookgasreiniging toegevoerd. Het is eveneens mogelijk droge of vloeibare gier afkomstig van andere dieren te gebruiken, bijvoorbeeld zoogdieren. In de werkwijze van deze uitvinding wordt bij voorkeur varkensgier toegepast. Varkensgier komt namelijk voor als een vloeistof en heeft een hoge inhoud aan reducerende stikstofwaterstof verbindingen.

Met de werkwijze van deze uitvinding wordt op deze wijze niet alleen een oplossing geboden voor het probleem van de ongewenst hoge kosten van de rookgasreiniging, maar ook voor het probleem van het verwerken van een steeds toenemend overschot aan varkensgier. Het is namelijk gebleken dat door intensieve varkensteelt, er op vele plaatsen een relatief groot overschot is aan varkensgier. Deze varkensgier werd tot nog toe op diverse manieren verwerkt. Bekende verwerkingstechnieken omvatten o. m. het gebruik als meststof voor velden en akkers, het indikken en vervolgens verbranden van de varkensgier, vergisten of composteren van de varkensgier.

Al deze technieken hebben echter het nadeel dat ze een extra verwerkingsstap met zich meebrengen, die relatief duur is in vergelijking met de opbrengst die door het kweken van varkens verkregen kan worden. Storten van varkensgier op velden en akkers is niet langer aanvaardbaar omwille van het probleem van overbemesting, en het risico dat ongewenste van de varkensgier afkomstige componenten in drinkwater terechtkomen.

Bij de werkwijze van deze uitvinding wordt bij voorkeur gier gebruikt die gemiddeld ongeveer 2-50 kg stikstof-waterstof verbindingen per m3 bevat. Met meer voorkeur wordt varkgensgier gebruikt die ongeveer 2-15 kg, met meer voorkeur ongeveer 10 kg stikstofverbindingen bevat per m3. Dit komt meestal overeen met varkensgier met een droge stof inhoud van ongeveer 10 gew. % en ongeveer 90 gew. % water. Eén m3 varkensgier met 5% droge stof bevat gemiddeld 5 kg N in de vorm van ammoniak, ureum, amines en isocyaanzuur. Varkensgier met een droge stof inhoud van 2-15% biedt het voordeel dat hij voorkomt in de vorm van een vloeistof.

De gier kan op verschillende manieren naar de gasverbrandingskamer gevoerd worden, en op meerdere plaatsen in de gasverbrandingskamer gevoerd worden. De gier kan vermengd worden met lucht, stoom of water onder verhoogde druk, ten einde de vermenging

met de rookgassen te optimaliseren. Het is bijvoorbeeld mogelijk om de gier toe te voeren via verstuivers voor koelwater, die zich meestal bovenaan in de verbrandingsoven bevinden. De gier kan eveneens via de inlaat voor de secundaire lucht in de gasverbrandingskamer gevoerd worden, of met behulp van stoom analoog aan de injectie van ammoniak. De gier wordt bij voorkeur als dusdanig geïnjecteerd ten einde te voorkomen dat het afvalverbrandingsproces en de rookgasreiniging nadelig
EMI6.1
befnvioed worden.

De gier wordt bij voorkeur, in hoogterichting van de reactor, in ten minste twee lagen gefnjecteerd, ten einde een zo gelijkmatig mogelijk verloop van de temperatuur en een homogene verdeling van de varkensgier in de rookgassen te verkrijgen. bd de injectie van de gier is het van belang het dat een zo goed mogelijke verdeling van de gier over de in de verbrandingskamer aanwezige rookgassen verkregen wordt, ten einde een zo hoog mogelijke seTectiviteK bij de reductie te verkrijgen.

De aan de reactor toegevoerde hoeveelheid varkensgier bedraagt bij voorkeur 1-5 m3 per uur en per 6000 kg afval.

De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het verbranden van huishoudelijk afval, waarin bij de verbranding gevormde rookgassen onderworpen worden aan de hierboven beschreven selectieve niet katalytische reductie.

De uitvinding betreft verder een inrichting voor het reinigen van rookgassen. De inrichting van deze uitvinding omvat een gasverbrandingskamer voor het reinigen van de rookgassen, die voorzien is van een inlaat voor een reductiemiddel voor het reduceren van in de rookgassen aanwezige NO, namelijk een inlaat voor het injecteren van de gier bevattende waterige vloeistof, bij voorkeur varkensgier. De inlaat kan o. m. een verstuiver zijn voor water voor het koelen van de rookgassen, of iedere andere bij de vakman bekende inlaat voor vioeistoffen.

De inrichting kan voorzien zijn van één of meer injectielansen voor de gier. Bij de keuze en de plaatsing van de inlaten voor gier en de verspreiding ervan over de reactor is het van belang dat een zo uniform mogelijke verdeling van de gier over de zone waarin de reductie plaatsvindt en een zo goed mogelijke vermenging van de gier met de rookgassen verkregen wordt, ten einde een zo hoog mogelijke selectiviteit te verkrijgen.

De inlaat voor het toevoeren van gier naar de gasverbrandingskamer is verder bij voorkeur voorzien van middelen voor het regelen van de snelheid en het volume van de gier toevoer. Dit is met name van belang voor het afstellen van de aan de verbrandingskamer toegevoerde hoeveelheid gier op de in de verbrandingskamer aanwezige hoeveelheid rookgassen, de concentratie van NO. in de rookgassen, de temperatuur en de samenstelling van de gier, met name de hoeveelheid ammoniak, ureum, en/of ander reducerende stikstof-waterstof verbindingen in de gier.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een verbrandingsoven voor huishoudelijk afval, waarin onderaan een kamer voorzien is voor het verbranden van het afval, boven welke kamer zieh een gasverbrandingskamer bevindt voor het reduceren van NO. in bij de verbranding gevormde rookgassen, waarbij de gasverbrandingskamer voorzien is van een inlaat voor het toevoeren van gier aan de rookgassen.

De uitvinding wordt verder toegelicht aan de hand van de bijgevoegde figuren en figuurbeschrijving.

In figuur 1 wordt een inrichting getoond voor het verbranden van huishoudelijk afval.

De in figuur 1 getoonde uitvoeringsvorm van de inrichting van deze uitvinding omvat een toevoer voor het afval 1, een oven 2 voor het verbranden van het afval, een rooster 3 voor het verbranden van het afval, een afvoer voor de bij de verbranding gevormde assen en een

gasverbrandingskamer 4 voor het verbranden en reinigen van de bij de verbranding gevormde rookgassen 5. De temperatuur van de gasverbrandingskamer wordt bij voorkeur bij 950-1050 C gehouden. In plaats van de hier getoonde roosteroven kan eveneens gebruik gemaakt worden van andere bij de vakman bekende ovens, bijvoorbeeld een wervelbed oven, een pyrolyse oven, een trommeloven.

De gasverbrandingskamer 4 omvat een inlaat 6 voor het toevoeren van secundaire lucht, voor het naverbranden van de bij de verbranding van het afval gevormde rookgassen, en één of meer verstuivers, bij voorkeur injectielansen 7, voor het toevoeren van gier, bij voorkeur varkensgier aan de rookgassen, tijdens de rookgaszuivering.

De verstuivers 7 zijn bij voorkeur zodanig in de inrichting opgesteld dat een uniforme verdeling en een zo optimaal mogelijke vermenging van de varkensgier met de rookgassen verkregen kan worden, ten einde de selectiviteit van de reductie te verhogen.

De hoeveelheid varkensgier die per tijdseenheid naar de verbrandingsoven gevoerd wordt, is bij voorkeur instelbaar, om toe te laten dat de toegevoerde hoeveelheid ammoniak afgesteld kan worden op de hoeveelheid Nos in de rookgassen. De inrichting kan voorzien zijn van een additionele inlaat voor het toevoeren van additioneel reductiemiddel bijvoorbeeld ammoniak als dusdanig, ureum, een andere stikstof-waterstof verbinding of mengsels daarvan. Dit is met name van belang indien de via de gier toegevoerde hoeveelheid reductiemiddel onvoldoende is om een voldoende reductie van de NOX te verkrijgen.

Eé m3 varkensgier bevat meestal ongeveer 50 kg droge stof, waarvan ongeveer 5 kg stikstofverbindingen (ammoniak, ureum, isocyaanverbindingen, amines). Een typische dosering voor varkensgier bedraagt 2 m3/h varkensgier voor een oven die ongeveer 50. 000 ton afval per jaar verwerkt. In Vlaanderen wordt per jaar gemiddeld

12 miljoen ton huisvuil verbrand. In deze ovens kan ongeveer 300. 000 ton varkensgier per jaar verbrand worden.

Claims

CONCLUSIES.

1. Werkwijze voor een selectieve niet katalytische reductie van stikstofoxiden in rookgassen in aanwezigheid van ammoniak, gekenmerkt doordat ammoniak toegevoerd wordt als een waterige vloeistof waarin ammoniak bevattende gier aanwezig is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat ammoniak toegevoerd wordt als een varkensgier bevattende waterige vloeistof.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, gekenmerkt doordat de waterige vloeistof een waterige suspensie en/of oplossing is van ammoniak bevattende gier.

4. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 3, gekenmerkt doordat de gier 2-15 kg N-verbindingen bevat per m3.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 4, gekenmerkt doordat de gier met behulp van een medium ge'fnjecteerd wordt, bij voorkeur water, stoom of lucht.

6. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 5, gekenmerkt doordat de toegevoerde hoeveelheid gier 1-5 m3/uur en per 6000 kg afval bedraagt.

7. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 6, gekenmerkt doordat additioneel ammoniak in de verbrandingskamer geïnjecteerd wordt.

8. Werkwijze voor het verbranden van huishoudelijk afval, gekenmerkt doordat bij de verbranding gevormde rookgassen onderworpen worden aan een selectieve niet katalytische reductie volgens één der conclusies 1-7.

9. Inrichting voor het reinigen van rookgassen omvattende een gasverbrandingskamer met een inlaat voor een reductiemiddel voor het reduceren van in de rookgassen aanwezige NO, <Desc/Clms Page number 11> gekenmerkt doordat de inrichting een inlaat bevat voor het injecteren van een gier bevattende vioeistof.

10. Verbrandingsoven voor huishoudelijk afval, waarin onderaan een kamer voorzien is voor het verbranden van het afval, boven welke kamer zieh een gasverbrandingskamer bevindt voor het reduceren van NOx in bij de verbranding gevormde rookgassen, gekenmerkt doordat de gasverbrandingskamer voorzien is van een inlaat voor het toevoeren van gier aan de rookgassen.